如何優(yōu)化配合比降低生產(chǎn)成本

付轉(zhuǎn)霞

（青海祁連山水泥有限公司，青海 西寧 811604）

0 引言

混凝土是指由水泥、集料、水以及根據(jù)需要摻入的外加劑、礦物摻合料等組分按一定比例拌合而成?，F(xiàn)如今混凝土技術(shù)發(fā)展的主要方向是高強(qiáng)、耐久、經(jīng)濟(jì)、高流動(dòng)性。評(píng)價(jià)優(yōu)質(zhì)混凝土的四大要素是耐久性、強(qiáng)度、工作性與經(jīng)濟(jì)性，我們就要從提高混凝土的密實(shí)度、改善內(nèi)部孔結(jié)構(gòu)著手，從而提高混凝土強(qiáng)度和耐久性，進(jìn)而優(yōu)化配合比以降低生產(chǎn)成本。為了得到優(yōu)質(zhì)混凝土，應(yīng)做到：大粒徑粗骨料低含量、合理的搭配比例；高漿體含量；合理的水灰比以及優(yōu)質(zhì)減水劑，提高漿體黏性和流動(dòng)性，充分包裹和分割粗細(xì)骨料顆粒，使骨料懸浮在漿體中，形成良好的高密實(shí)度混凝土。水灰比決定了混凝土的強(qiáng)度和耐久性，其中混凝土內(nèi)部孔結(jié)構(gòu)要求3.5%～5% 均勻、細(xì)小的氣泡，從而提高混凝土的抗凍性和耐久性。

1 主要原材料要求

（1）水泥漿體能包裹骨料表面并填充骨料空隙，硬化后具有所需的強(qiáng)度和耐久性，水泥的細(xì)度、礦物質(zhì)組成及其強(qiáng)度等級(jí)對(duì)混凝土的工作性能影響較大。

（2）粗骨料在混凝土中起到骨架作用，其最大粒徑、粒型和表面形態(tài)及其級(jí)配等都很大程度的影響混凝土密實(shí)度和強(qiáng)度。需要控制好粗骨料的搭配比例和級(jí)配，提高粗骨料的最大緊密密度，從而提高混凝土的密實(shí)度。

（3）細(xì)骨料在混凝土中起填充效應(yīng)，它會(huì)影響混凝土的包裹性、流動(dòng)性、可泵性、保塑性?？障堵室。怨?jié)約水泥，比表面積小，以減少潤(rùn)濕骨料表面的需水量。要含有適量的細(xì)顆粒（0.315mm 以下），以改善混凝土的保水性和增加混凝土的密實(shí)度以及黏聚性，有利于克服混凝土的泌水和離析。在滿足混凝土所要求的性能前提下，砂率要盡量低，因?yàn)樵谒酀{量一定的情況下，砂率在混凝土中主要影響拌合物的和易性。

（4）粉煤灰在混凝土中起到填充效應(yīng)、微集料效應(yīng)、活性效應(yīng)，可以降低水化熱，提高混凝土的密實(shí)度、耐久性、流動(dòng)性、可泵性、保塑性，減少混凝土泌水。

1）燒失量對(duì)混凝土影響比較大：粉煤灰中未燃盡的碳是多孔海綿狀，會(huì)造成混凝土需水量、外加劑摻量增加。

2）需水量比：好的粉煤灰玻璃體多，可以提高混凝土的流動(dòng)性、減少用水量，需水量比小對(duì)混凝土強(qiáng)度、可泵性非常有利。當(dāng)需水量比大于 105% 以后，會(huì)大大提高混凝土用水量，降低混凝土強(qiáng)度。

3）細(xì)度：粉煤灰細(xì)度主要影響混凝土的保水性、包裹性、流動(dòng)性，防止混凝土泌水，在混凝土中起到綜合施工性能的作用。

（5）減水劑在混凝土中起著至關(guān)重要的作用，它可以改善混凝土的和易性、包裹性、流動(dòng)性，降低水灰比，增加混凝土強(qiáng)度，延緩水泥凝結(jié)，延緩水化放熱的釋放速度。要求混凝土含氣量宜控制在 3.0%～4.0%，從而提高混凝土耐久性。

2 混凝土原材料與配合比

2.1 原材料

（1）水泥：P·O42.5 水泥，性能指標(biāo)見(jiàn)表 1。

（2）粉煤灰：選用三個(gè)廠家生產(chǎn)的粉煤灰，標(biāo)記為 F1、F2 和 F3。性能見(jiàn)表 2。

（3）砂：河砂，Ⅱ區(qū)中砂，性能見(jiàn)表 3。

（4）石：選用 20～31.5mm、10～20mm 和 5～10mm 三種級(jí)配的碎石搭配使用。20～31.5mm : 5～10mm = 7:3 的記為 G1，10～20mm : 5～ 10mm = 5:5 記為 G2，20～31.5mm : 5～10mm = 3:7 記為 G3。性能見(jiàn)表 4。

（5）減水劑：聚羧酸減水劑，性能見(jiàn)表 5。

表 1 水泥性能指標(biāo)

表 2 粉煤灰性能指標(biāo) %

表 3 砂的性能指標(biāo)

2.2 常用配合比

試驗(yàn)選用 C30 常用配合比，配合比及強(qiáng)度見(jiàn)表 6。拌合物狀態(tài)見(jiàn)圖 1。

表 4 石的性能指標(biāo)

表 5 減水劑性能指標(biāo)

該配合比標(biāo)養(yǎng)強(qiáng)度 33.1MPa，實(shí)際構(gòu)件回彈強(qiáng)度32.4MPa，強(qiáng)度符合 C30 混凝土等級(jí)要求，但富余系數(shù)較低，并且生產(chǎn)成本較高，究其原因主要是碎石 G1 空隙率較大。為降低成本，需要降低粗骨料空隙率，提高混凝土密實(shí)度，從而提高強(qiáng)度。

圖 1 常用 C30 配合比拌合物狀態(tài)

3 調(diào)整配合比

為了節(jié)約成本，調(diào)整粉煤灰，C30 混凝土的配合比及性能見(jiàn)表 7。

當(dāng)粉煤灰選用 F1 時(shí)，因粉煤灰細(xì)度較粗，導(dǎo)致混凝土包裹性、黏聚性、和易性較差，Al2O3含量較高，損失較大，漏石較多，砂率和漿體較少，施工性能差，混凝土易泌水，抓底離析。當(dāng)粉煤灰選用 F2時(shí)，出機(jī)混凝土和易性、包裹性良好，漿體充足，流速較快，施工性能良好。初始坍落度 230mm，擴(kuò)展度 580mm×590mm，靜置 1h 后損失較小，坍落度220mm，擴(kuò)展度 520mm×530mm。當(dāng)粉煤灰選用 F3時(shí)，因粉煤灰細(xì)度較粗，導(dǎo)致混凝土不保水，靜置 10分鐘后，流動(dòng)性差、離析，降低用水量、提高外加劑摻量，仍走漿抓底，混凝土發(fā)硬較重，無(wú)可泵性。使用不同粉煤灰的混凝土拌合物狀態(tài)見(jiàn)圖 2 所示。

表 6 C30 混凝土配合比及強(qiáng)度

表 7 調(diào)整粉煤灰后的混凝土配合比及性能

圖 2 調(diào)整粉煤灰后混凝土拌合物狀態(tài)

因此選用 F2 粉煤灰作為常用摻合料、G2 和 G3 作為粗骨料再次確認(rèn)配合比，見(jiàn)表 8?；炷脸鰴C(jī)狀態(tài)見(jiàn)圖 3。

圖 3 調(diào)整碎石后混凝土出機(jī)狀態(tài)

說(shuō)明：從前四組試驗(yàn)與后四組試驗(yàn)來(lái)看，漿體黏度、和易性、流速、可泵性均良好。前四組試驗(yàn)強(qiáng)度普遍低于后四組，究其原因分析認(rèn)為，G2 和 G3 的密實(shí)度相近，但是由于同等重量的情況下，G2 比 G3 的比表面積大得多，造成在相同漿體體積的情況下，用 G2碎石相對(duì)漿體體積不足，粗骨料表面漿體厚度小，降低了粗骨料對(duì)漿體的粘結(jié)力，從而造成了混凝土強(qiáng)度低。選用 G3 的碎石，隨著用水量的增加，漿體明顯增多，施工性能越來(lái)越優(yōu)良，但是強(qiáng)度逐漸降低。選用第 G3-1～G3-3 組試驗(yàn)配合比投入大生產(chǎn)，進(jìn)行校驗(yàn)，見(jiàn)表9。混凝土拌合物不同時(shí)間的狀態(tài)見(jiàn)圖 4。

第 1 組是運(yùn)距為 32 公里的青銅二標(biāo) C30 擋墻泵送混凝土，第 2 組是運(yùn)距為 20 公里的比亞迪 4S 店C30 承臺(tái)泵送混凝土，第 3 組是運(yùn)距為 10 公里的乘訊工地 C30 地坪泵送混凝土，以上三組混凝土出機(jī)和易性、包裹性、流動(dòng)性均良好，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)距離運(yùn)輸后施工性能良好，損失較小，并且從三組數(shù)據(jù)來(lái)看，水泥用量 260kgm3的混凝土強(qiáng)度較穩(wěn)定，密實(shí)度、和易性均良好，可作為施工配合比指導(dǎo)大生產(chǎn)。

表 8 調(diào)整碎石后混凝土的配合比及性能

表 9 生產(chǎn)校驗(yàn)混凝土配合比及性能

圖 4 混凝土拌合物不同時(shí)間的狀態(tài)圖

4 兩組混凝土強(qiáng)度和成本對(duì)比

對(duì)同一工地、同一澆筑部位的兩組水泥用量不同的混凝土進(jìn)行 7d、14d 實(shí)體回彈強(qiáng)度，對(duì)比結(jié)果見(jiàn)表10。

從回彈數(shù)據(jù)來(lái)看，同一工地、同一澆筑部位的兩組混凝土強(qiáng)度相近，并且 C30-1 比 C30-2 混凝土結(jié)構(gòu)強(qiáng)度相對(duì)穩(wěn)定，波動(dòng)較小，說(shuō)明 C30-1 混凝土實(shí)體結(jié)構(gòu)比較均勻密實(shí)。

成本對(duì)比見(jiàn)表 11。從成本對(duì)比來(lái)看，使用 C30-1 配合比較 C30-2 單方成本降低 6.99 元，因此從混凝土和易性、密實(shí)度、強(qiáng)度、成本來(lái)看，C30-1 配合比可以安全、有保障地投入大生產(chǎn)使用。

表 11 兩組混凝土成本對(duì)比表 元/m3

5 結(jié)語(yǔ)

（1）選用礦物組分合理、需水量低、細(xì)度小的粉煤灰，可以降低混凝土用水量，有利于提高混凝土施工性能和強(qiáng)度。對(duì)于需水量高的粉煤灰，可以降低減水劑摻量，提高用水量，方可得到良好的施工性能，但要注意混凝土強(qiáng)度的降低。為了降低生產(chǎn)成本，盡量降低混凝土單方用水量，提高漿體黏性，增加其對(duì)粗骨料的粘結(jié)力，減少自由水量，可以有效改善混凝土孔結(jié)構(gòu)，減少孔隙和毛細(xì)通道，從而提高強(qiáng)度和耐久性。

（2）選用密實(shí)度高、合理級(jí)配的粗骨料，可以大大提高混凝土密實(shí)度，有利于強(qiáng)度的提高，從而節(jié)約成本。

（3）選用優(yōu)質(zhì)高性能減水劑，有利于提高混凝土的和易性和施工性能。

表 10 配合比及標(biāo)養(yǎng)強(qiáng)度對(duì)比表